4.9.3 Тепловые процессы

Теплообменом называют процесс передачи теплоты от одного тела к другому при отличной от нуля разности температур между этими телами. Мерой теплообмена считают количество переданной теплоты (единица измерения – Дж).

Вещества, которые принимают участие в процессе теплообмена, называют теплоносителями. Вещество с высшей температурой, которое в процессе теплообмена отдает теплоту, называют горячим теплоносителем, а вещество с низшей температурой, которое воспринимает теплоту, – холодным теплоносителем. В качестве горячих теплоносителей используют водяной пар, горячую воду, нагретый воздух, дымовые газы, фреоны и др.

Существуют три способа переноса теплоты: теплопроводность, конвенция, излучение.

Теплопроводностью называют явление переноса тепловой энергии непосредственным контактом между частицами тела.

Конвекцией называют процесс распространения теплоты в результате перемещения или перемешивания частиц жидкости или газа.

Излучение – это процесс передачи теплоты от одного тела к другому распространением электромагнитных волн в пространстве между этими телами.

Теплоотдачей называют процесс теплообмена между твердой стенкой (телом) и жидкой (газообразной) средой, которая ее (его) омывает.

Теплопередачей называют процесс теплообмена между двумя средами, разделенными твердой перегородкой.

В жидких средах и газах тепло передается в основном за счет конвекции. В промышленных технологиях теплообменные процессы имеют место при конденсации пара, кипении жидкости, охлаждении веществ и тел. Эти процессы происходят в теплообменных аппаратах (подогревателях, охладителях), выпарных установках, конденсаторах (преобразующих паровую фазу в жидкую).

4.9.4 Массообменные процессы

Процессы перераспределения массы между фазами, вызванные стремлением системы прийти в состояние физико-химического равновесия, называют масообменными, или диффузионными процессами. Условие равновесия – это равенство давлений, температур и химических потенциалов во всех точках системы. Различают такие массообменные процессы:

а) в системе газ (пар) – жидкость: абсорбция, ректификация;

б) в системе газ (пар) – твердое тело: осушение, адсорбция газов;

в) в системе жидкость – твердое тело: экстракция из твердых тел, кристаллизация, растворение;

г) в системе жидкость – жидкость: жидкостная экстракция.

Абсорбция – это процесс поглощения компонентов газовой смеси жидким поглотителем, в котором они растворяются. Этот процесс используют для очищения растворов от вредных примесей.

Ректификация – процесс разделения жидкой смеси на компоненты разной легкости способом контактирования жидкой и паровой фаз (спиртовая промышленность, нефтеперегонка).

Адсорбция – процесс поглощения компонентов газовой или жидкой смеси поверхностью твердого тела. В пищевой технологии этот процесс применяют для очистки спиртовых смесей и сахарных сиропов. Обратный процесс – удаление поглощенных веществ называют десорбцией.

Осушение - процесс изъятия влаги из материалов путем выпаривания. Этот процесс используют для улучшения траспортабельности и сохранности продуктов (угля, зерна, фруктов и др.).

Кристаллизация – процесс выделения веществ из растворов или расплавов в виде кристаллической твердой фазы. Применяют для получения чистых кристаллических продуктов (соли, соды, глюкозы и др.). Обратный процесс – переход молекул твердых веществ в жидкость (растворитель) называют растворением.

Экстракция из твердых тел – процесс извлечения определенного компонента из твердого пористого материала методом выборочного растворения.

Жидкостная экстракция – процесс извлечения растворенного в жидкости вещества другой жидкостью, которая не смешивается с первой. Процессы экстракции широко распространены в сахарном производстве.